薄壳山核桃叶表面微形态结构与滞尘能力分析

沙存龙，焦 云，黄宗兴，严春风，舒巧云，袁冬明

（1.宁波市鄞州区林业技术管理服务站，浙江 宁波 315100；2.宁波市农业科学研究院林业研究所，浙江 宁波 315040）

薄壳山核桃叶表面微形态结构与滞尘能力分析

沙存龙1，焦 云2，黄宗兴2，严春风1，舒巧云1，袁冬明1

（1.宁波市鄞州区林业技术管理服务站，浙江 宁波 315100；2.宁波市农业科学研究院林业研究所，浙江 宁波 315040）

以薄壳山核桃叶片为试验材料，应用扫描电镜法观察叶片表面及滞尘颗粒物微形态结构，同时采用滤纸恒重法测定其叶片滞尘量，并与5种绿化树种（桂花、女贞、紫薇、夹竹桃和樟树）的滞尘能力进行比较。结果表明：薄壳山核桃叶片上、下表面结构粗糙呈沟脊状并且有纤毛分布；其中，上表面放大8 000×可见颗粒状组织，而下表面较为光滑并具有气孔；薄壳山核桃叶片表面滞尘主要为粒径小于10 μm的颗粒物，经过简单清洗后，可将叶片表面大部分颗粒物去除。另外，薄壳山核桃叶片单位面积滞尘量为0.055 4 mg/cm2，仅次于夹竹桃。因此，薄壳山核桃具有固定悬浮颗粒物并缓解城市大气污染的能力。

薄壳山核桃；叶片；表面微形态结构；滞尘能力；颗粒物形态

薄壳山核桃[Carya illinoinensis （Wangenh.） K. Koch]树干端直，可作庭荫树，行道树，亦适于河流沿岸及平原地区绿化造林，为很好的城乡绿化树种和果材兼用树种[1]。现代城市绿化对树种的选择不仅要求能美化环境，还要在提高植物造景的同时兼顾生态效益即树木防污滞尘的功效。植被叶片因其表面特性，通常具有固定大气颗粒物与消减大气环境污染的作用[2]。因此，对薄壳山核桃的叶表面微形态结构进行研究，进而分析其滞尘能力具有重要的现实意义。试验利用扫描电镜技术，对薄壳山核桃的叶片表面构造及颗粒物形态进行观察研究，测定其滞尘能力，并与5种常见绿化树种进行对比分析，以期为正确选用城市绿化树种提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试材及取样

试验于2016年6～7 月进行，试材均取自宁波市横街镇绿化种植的9 a生薄壳山核桃，采集树冠外围同一高度枝条上成熟的、发育时期一致的叶片（均为枝条上从顶端第1片往下数第5～7片成熟叶）。

1.2 试验方法

1.2.1样品采集用于叶片滞尘能力测定的样品选择在雨后晴天持续7 d左右采集。选择待测植物树冠外围同一高度的叶片，每种植物重复3次，每个重复包含25 片成熟健康叶片，同时随机采集10片薄壳山核桃叶片以备后续滞尘颗粒物形态观察，所有叶片样品用塑封袋装好带回实验室进行处理。

1.2.2叶片形态特征观察在薄壳山核桃新鲜叶片叶脉两侧切取边长约0.5 cm的小块，置于4%戊二醛溶液中固定1 d，然后用0.2 mol/L磷酸缓冲液清洗3次，经乙醇梯度脱水，将材料转入纯叔丁醇溶液中保持30 min，再将其转入4℃条件下静置20 min，最后置真空干燥器中干燥，干燥后取出粘台，在JFC-1600型离子镀膜仪中溅射镀金膜，置于JSM-6390A扫描电子显微镜下观察拍照。

1.2.3叶片滞尘能力测定将采集的部分样品叶片用蒸馏水冲洗浸泡3 h 后，使用软毛刷充分刷洗叶片上下表面的灰尘附着物，再用已烘干称重的滤纸（m1）来过滤浸洗液，然后将滤纸置于60℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干24 h，使用万分之一电子天平称滤纸重量（m2），两次重量差值（m2-m1）即为采集样品上所附着的降尘颗粒物的重量。同时，将叶片通过扫描仪扫描后导入AutoCAD 2010软件中描边并对植物材料的轮廓进行定位，参照相关文献中方法计算叶面积[3]。植物的滞尘能力（mg/cm2）=（m2-m1）/叶面积。同时，挑选10片薄壳山核桃叶片，用去离子水简单淋洗30次，模拟自然降水过程，然后用干净的滤纸吸干水分，经真空干燥及喷金后直接进行电镜观察，并与淋洗前作对比分析。

1.2.4数据分析利用DPS（Data Processing System）v 14.10软件对所有数据进行统计分析，并采用邓肯新复极差检验法进行多重比较，在α=0.05和α=0.01水平进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 薄壳山核桃叶片表面形态特征

由图1可知，薄壳山核桃叶片上、下叶表面凹凸不平，表面均呈沟脊状皱褶并分布有纤毛，这是叶片滞留大气污染颗粒物的关键。同时，薄壳山核桃叶片的上、下叶表面在表皮粗糙程度、气孔等微形态结构上存在一定差异。例如，在放大8 000×时，上表面可以观察到颗粒状组织分布（图1C），而下表面则较为光滑（图1F）；下表皮分布有气孔，气孔口微突起，由两个隆起的“新月形”保卫细胞组成（图1E）。薄壳山核桃叶片的叶脉由支脉纵横相连形成一个网格状结构（图2A），值得注意的是，下表面叶脉依稀可辨维管束状结构，同时其上也分布大量纤毛与部分瘤状物（图2C），这种瘤状物是如何形成以及有何作用需进一步探索。

2.2 薄壳山核桃叶片滞尘能力分析

由表1可知，6种植物平均叶面积由大到小排列依次为薄壳山核桃＞女贞＞桂花＞樟树＞夹竹桃＞紫薇；夹竹桃的叶片单位面积滞尘量最高，达0.056 8 mg/cm2，女贞的最低，仅为0.028 0 mg/cm2，两者间差异极显著；薄壳山核桃平均叶面积约为紫薇的3倍，然而其叶片单位面积滞尘量与紫薇差异并不显著，在0.05 mg/cm2左右；另外，虽然女贞的平均叶面积大于紫薇，然而其单位面积滞尘量却远低于紫薇。由此可见，植物叶片的表面积与滞尘能力不一定呈正比。

图1 薄壳山核桃叶表面微形态结构

图2 薄壳山核桃叶片下表面微形态结构

表1 不同植物叶片滞尘能力的比较

2.3 薄壳山核桃叶片上表面颗粒物的形态

图3是薄壳山核桃叶片上表面滞留颗粒物形态的电镜扫描图像，其中A和B为连续晴天一周后的叶片上表面，其上密布大量颗粒物，为棒状、椭圆形、圆形及其他各种不规则体，大部分颗粒物的粒度小于10 μm，其中有些颗粒物带有锐利的棱角，可能会对叶片造成伤害。而简单清洗后的叶片上表面（图3C和D），大部分颗粒物被洗脱，但仍有部分颗粒物残留，与图3A和B中情况一致，其中仍然有大于10 μm的颗粒物。因此，清洗对于消减带有锐利棱角的颗粒物数量并没有明显作用。

图3 薄壳山核桃叶片上表面滞尘颗粒物的扫描电镜图

3 讨 论

植物叶片的形态特征是决定滞尘量的关键之一。其中，叶片表面绒毛的分布密度、形态、质地和类型都直接影响着颗粒物在叶片表面的滞留能力。相关研究表明，叶片表面的微观结构凹凸不平、具有沟脊状皱褶等，使得粉尘等污染物与叶片表面的接触面积较大且粉尘不易脱落，叶片滞留颗粒物的能力相对较强[4-5]。反之叶片表面光滑则不利于叶片对粉尘的截留，则滞尘能力较差。

该研究首次报道了薄壳山核桃叶片的微形态结构特征，其表面密布沟脊状皱褶给滞尘效果带来积极影响，因此今后应在兼顾其林材效益的同时，深入探讨其滞尘能力与绿化效果。事实上，植物的滞尘能力可能受各种因素的影响，例如叶片质地、叶片面积、树冠高度、叶面倾角、叶幕厚度等[6-7]，如何准确考量植物的滞尘能力也是今后应深入探讨的课题之一。值得注意的是，薄壳山核桃叶片上、下表面分布有纤毛，当大气污染颗粒物与叶片表面接触时，纤毛能够卡住颗粒物使其固定在叶片上，有利于颗粒物的滞留。相关研究也表明纤毛密度对颗粒物的滞留能力有较大影响[8-9]。同时，纤毛结构可能会减少水分蒸发，从而增强植物的抗寒能力，使其可以栽植在较为寒冷的地区。

另外，通过电镜观察，薄壳山核桃叶片表面滞尘主要固定小于10 μm的颗粒物（PM10），将其从大气环境中清除，有利于人类呼吸。对植物本身而言，虽然叶片滞留了大量颗粒物，但并未影响植物的健康生长；而经过简单清洗即可将叶片表面大部分颗粒物去除，促进大气颗粒物向土壤迁移，同时叶片重新恢复滞尘能力，继续发挥清除大气污染物的作用。

值得注意的是，目前大多数滞尘量实验技术体系均采用野外自然降尘法，由于受到外界环境、尘源、降尘时间等诸多条件影响，很难制定统一的技术标准，不同课题组的滞尘量测定结果可比性较差。鉴于以上原因，尚需摸索封闭环境模拟实验技术体系，进一步研发更好的条件可控设备，借以达到统一规范的实验技术标准体系。

总之，充分了解薄壳山核桃叶表面形态结构和滞尘能力，为正确选用城市绿化树种提供了科学依据，进而使其在城市绿化滞尘中发挥更大的生态作用。

[1] 张日清，吕芳德，何 方. 美国山核桃及其在我国的适应性研究[J].江苏林业科技，2001，（4）：45-47.

[2] 王赞红，李纪标. 城市街道常绿灌木植物叶片滞尘能力及滞尘颗粒物形态[J]. 生态环境，2006，（2）：327-330.

[3] 吴 飞. 园林树木异形叶面积CAD矢量法测量技术研究[J]. 安徽农业科学，2008，35：15441-15443.

[4] 柴一新，祝 宁，韩焕金. 城市绿化树种的滞尘效应——以哈尔滨市为例[J]. 应用生态学报，2002，（9）：1121-1126.

[5] 李海梅，刘 霞. 青岛市城阳区主要园林树种叶片表皮形态与滞尘量的关系[J]. 生态学杂志，2008，（10）：1659-1662.

[6] 王会霞，石 辉，李秧秧. 城市绿化植物叶片表面特征对滞尘能力的影响[J]. 应用生态学报，2010，（12）：3077-3082.

[7] 郑素兰，王兵丽，陈 凡，等. 10种园林植物的抑菌作用和滞尘能力研究[J]. 闽南师范大学学报（自然科学版），2015，（4）：77-81.

[8] 李海梅，刘 霞. 青岛市城阳区主要园林树种叶片表皮形态与滞尘量的关系[J]. 生态学杂志，2008，（10）：1659-1662.

[9] 陈 芳，周志翔，郭尔祥，等. 城市工业区园林绿地滞尘效应的研究——以武汉钢铁公司厂区绿地为例[J]. 生态学杂志，2006，（1）：34-38.

Analysis of Leaf Surface Microstructure and Dust Detaining Capacity in Pecan

SHA Cun-long1，JIAO Yun2，HUANG Zong-xing2，YAN Chun-feng1，SHU Qiao-yun1，YUAN Dong-ming1
（1. Yinzhou Forestry Technical Management Service Station, Ningbo 315100, PRC; 2. Institute of Forestry, Ningbo Academy of Agricultural Sciences, Ningbo 315040, PRC）

This study was conducted to determine the dust detaining capacity and the particle on the leaf surface of pecan by scanning electron microscopy (SEM) and filter paper constant weight method, with five green trees (Osmanthus fragrans, Ligustrum lucidum,Lagerstroemia indica, Nerium oleander and Camphora Officinarum) as the CK. The results showed that the upper and lower surfaces of the pecan leaves had gully-ridge-like coarse structures with cilia distribution. Among them, there was the granular structure on the upper surface (8 000×), and relatively smooth and stomatal structure on the lower surface. The dust detained on the leaf surface in pecan mainly was particles less than 10 μm in size, the most of which would be removed by rinsing treatment. And the amount of detained dust per unit area of pecan leaves was 0.055 4 mg/cm2, second only to Nerium oleander. So the pecan could hold suspended particles and reduce air pollution.

pecan: leaf: surface microstructure: dust detaining capacity; particle morphology

Q944.2

A

1006-060X（2017）10-0021-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.010.007

2017-06-13

宁波市科技富民项目（2015C10029）

沙存龙（1973-），男，浙江宁波市人，林业工程师，主要从事林业种苗研究。

焦 云

（责任编辑：成 平）